非线性效应对OOFDM系统的影响研究

材料中的非线性效应非常微弱，但是当光信号在光纤中传输时，由于光纤的芯径非常小，致使光纤中光信号的功率密度很高，加之传输距离长，光纤的非线性影响会更显著。

2 OOFDM系统的结构框图

本文根据OOFDM的基本原理，搭建出系统结构框图。系统可以分为五部分：OFDM基带信号发射机、电/光变换、光纤链路、光/电检测和OFDM基带信号接收机。系统框图如图1所示。

3 OOFDM系统仿真

图1中的发送部分使用伪随机0、1二进制序列数据流，比特速率为1GBit/s，经不归零脉冲产生器整流之后送入Matlab模块，串并变换后，对每路数据进行4进制的QAM调制，再映射为对应的复数，再对其进行2048点的IFFT变换，其中，子载波数设为128，调制速率为20GHz；载波进行并串变换后，在每个信号前加入循环前缀，经数模转换变为OFDM基带模拟信号，再将基带信号通过马赫曾德尔调制器调制到光载波上，进入光纤进行传输，光纤链路部分采用长度为50km的标准单模光纤，衰减常数α=0.2dB/km，光源由连续激光器产生，光功率为0dBm，波长为1550nm，线宽为1MHz。光电检测器（PIN）的灵敏度设定为1A/W，暗电流为10nA，接收端信号处理是发送端的逆过程。为了减少噪声的干扰，滤波器是必需的，为了获得一定幅度的输出信号，放大器也是必需的，通过PIN检测器和I/O解调后的光信号再通过增益为40dB的放大器，解调出OFDM基带模拟信号，经模数转换、去除循环前缀和串并变换，再静同样点数的快速傅立叶变换，在输出端将每路复数信号映射解调为4进制QAM星座点，经并串变换后，最终输出二进制串行数据。OOFDM的仿真架构如图2所示。

4 非线性效应对OOFDM系统的影响研究

根据以上的仿真系统，设置光纤长度为50km，光纤损耗为0.2dB/km，子载波数为128，有效纤芯面积=100μm2，非线性折射率n2=3.4×10-20m2/W，光功率为-10dBm，工作波长为1550nm。

理论研究表明，有效纤芯面积（Aeff）的增加可以更有效地克服非线性效应的影响。根据仿真结果图3和图4可以观察到，在其他参数不变的情况下，有效纤芯面积减小，非线性效应更加明显，使OOFDM系统的输出星座图分散，信号判决困难，信号相位失真，幅度衰减，输出波形失真等影响。对于光纤通信系统，可以选用有效纤芯面积大的光纤来减小非线性效应。另外非线性效应还会造成一些额外损耗和干扰，当传输距离增大时，这种影响还会加重。

光纤中的最低阶非线性效应起源于三阶极化率，它是引起诸如三次谐波、四波混频及非线性折射等现象的原因[5]。然而，除非采取特别的措施实现相位匹配，涉及新频率产生的非线性过程在光纤中是不易发生的。因此，光纤中的大部分非线性效应起源于非线性折射，而影响非线性折射的重要系数就是非线性折射率系数n2，两者之间的关系为n2=3/8nRe（χ（3）），其中χ（3）为三阶极化率，非线性折射率系数n2越小，非线性效应越强。本文改变仿真系统中n2的值，仿真结果与图3和图4类似，也证明了非线性效应的增强会加重对系统正交性的破环。

由于非线性效应会使传输信号的相位和幅度改变，星座图原本为四个点，相位偏移造成四个点分散并旋转，信号幅度改变造成四个点向外扩散，仿真结果表明，非线性效应会破环OOFDM系统的正交性，使星座图分散、偏移，信号相位和幅度失真，导致信号判决出错，严重影响系统的传输性能。

5 结论

本文结合仿真模型，通过改变影响非线性效应的参数，分析星座图，得到了非线性效应对OOFDM系统性能的影响：非线性效应会破坏OOFDM系统的正交性，最终导致信号星座图分散、模糊，信号判决困难，误码率增加，输出波形失真，非线性效应强度与破坏性成正比，即非线性效应越强，对系统传输性能的影响越大。

【参考文献】

[1]梁猛，等.基于OptiSystem的相干光OFDM系统的仿真研究[J].光通信技术，2011.

[2]王振宝，等.光纤通信系统中的非线性效应研究[J].光通信研究，2011.

[3]张洪波.正交频分复用新技术在光纤传输系统中的应用研究[D].电子科技大学，2014.

[4]王封.OFDM技术在光纤通信系统中的研究[D].长春理工大学，2014.

[5]张磊.光正交频分复用系统接收技术的研究[D].北京邮电大学，2011.

[责任编辑：杨玉洁]